《管理世界》|| 马少超、范英：能源系统低碳转型中的挑战与机遇：车网融合消纳可再生能源
车网融合消纳可再生能源
文章来源
作者：
马少超（中国地质大学（北京）经济管理学院）
范英（北京航空航天大学经济管理学院）
文章刊发：《管理世界》2022年第5期
文章主要内容
摘要：随着我国能源系统低碳转型的不断推进，以电动汽车替代燃油汽车、以可再生能源发电替代火力发电为代表的低碳能源生产和利用技术应用规模迅速增加，导致承载能量传输任务的电力系统面临着大规模随机性充电需求和波动性发电消纳的双重挑战。借助电动汽车充电时间可调度、电池储能空间可用的特征，采用车网融合的模式解决上述能源转型过程中的供需结构性矛盾是极具潜力的研究领域。本文分析了车网融合的基础、评估了我国车网融合的技术和经济潜力，提出推进车网融合的关键是管理机制和引导政策。最后，结合电动汽车行业的政策演进历程，给出了逐步转向市场驱动的政策建议。
关键词：能源低碳转型 电动汽车 可再生能源 车网融合V2G 政策建议
一、本文研究背景与意义
在习近平总书记提出的碳达峰、碳中和目标与“四个革命、一个合作”能源战略的指引下，我国能源体系正在经历以绿色低碳为导向的深刻转型。以推广电动汽车替代燃油汽车拉动能源利用方式的电气化，以可再生能源替代化石能源发电推动能源生产方式的低碳化，是能源系统低碳转型的主要路径。然而，未来以电力为核心的能源系统应如何消纳供给侧高比例、波动的可再生能源发电，同时满足需求侧大规模不确定的电动汽车充电需求？解决这一结构性矛盾成为了能源转型的关键。
“车网融合”方案具备化解能源供需在时间层面结构性矛盾的前景。车网融合具体包括单向V2G与双向V2G两种模式。单向V2G是引导电动汽车配合电网运行规律进行有序充电，通过削峰填谷缓解随机性充电需求对电网的冲击。双向V2G则利用电动汽车电池吸收波动的电力供给并在波峰时段向电网供电，从而提升电力系统柔性、消纳可再生能源发电。
推进车网融合发展需要从低碳能源政策机制的转变开始。具体来说，需要将我国的低碳产业政策方向从引入电动汽车与可再生能源技术初期大力追求规模和产量，转向引导二者产业融合、管理电动汽车充放电行为以配合电力系统运行，从而系统性地深化能源体系低碳转型。
二、主要内容
首先，本文分析了电动汽车与可再生能源发电在发展目标、支撑条件和优劣势互补方面互利共生的基础，以2030年12亿千瓦风电和光伏装机为目标节点，构建了电力经济调度模型。基于作者进行的中国电动汽车消费者充电行为调查结果，量化了我国发展车网融合模式对电力系统负荷曲线和电力总成本的多情景影响，评估了技术经济潜力。然后，以通过管理机制设计引导电动汽车开展车网融合、拓展低碳能源技术利用价值为创新点，研究了如何基于我国电动汽车产业政策的演进路径，通过政策机制变革驱动车网融合发展消纳可再生能源。最后，结合当前面临的技术、基建和管理等现实问题，从能源供给侧、需求侧、基础设施和消费者行为4个方面，提出了推动车网融合发展、深化我国能源体系低碳转型的政策建议。
三、主要结论与政策建议
经过量化评估，本文认为在2030年可再生能源发电装机容量达到12亿千瓦后，采用车网融合的方式可以有效削减我国的电力负荷峰谷差、降低电网消纳可再生能源发电的成本。在60%电动汽车参与单向V2G的情景下，相较于无序充电的基准情景可以降低电力系统年度运行成本123.4亿元。在此基础上，如果其中20%电动汽车从参与单向V2G转为双向V2G，则可以进一步降低48.3亿元的电力系统成本。从成本组成角度分析，发电能耗成本的下降贡献最大，机组启停成本下降的比例最高，车网融合显著减少了调峰机组反复起停（详细参数设置与结果数据参见原文）。车网融合将电动汽车从交通工具拓展为电网的柔性负荷和储能单位，在解决自身对电网负荷冲击的同时在既有能源体系之外创造了额外的产出，扩大了低碳能源技术的利用价值，深化了能源低碳转型。
在借鉴了电动汽车从技术引入期过渡到产业发展期的政策演进经验的基础上，我们认为对于电动汽车与能源体系融合发展、进入系统融合期的政策机制设计，应该借助车网融合模式带来的收益建立市场机制来推动融合发展关系的形成。全面取消直接激励政策在低碳能源技术推广中的驱动力，通过充电基础设施以奖代补、新能源汽车积分交易、全国碳排放配额交易和电力有偿调峰定价等机制构建充分竞争的市场环境。制定公/私充电桩分时充放电价政策引导消费者充电行为，主动配合电力系统运行。
总之，应以电动汽车的使用方式转型和产业政策为切入点革新能源体系的政策机制。除了要从关键技术突破和充放电基础设施建设方面进行投入，更重要的是在保持行业政策稳定性和延续性的基础上从国家层面进行顶层设计和政策机制革新，逐渐从政策主导驱动的行业机制转向市场驱动下的电动汽车与能源系统跨行业协同管理机制，引导构建车网融合的低碳能源系统。
四、边际贡献与未来拓展
当前从管理科学层面对车网融合的研究缺乏系统性认识：一方面集中于如何利用政策工具引导电动汽车参与单向或者双向V2G，比如价格机制引导和促进充电基础设施建设运营；另一方面集中于研究推广V2G的效果及实施方案，比如从电力系统运行、促进可再生能源利用和碳减排等单个角度进行研究。但从能源系统低碳转型的层面看，车网融合的实现很大程度上取决于对低碳能源产业发展方向和电动汽车充电行为的管理，需要从政策层面对能源转型的方向进行系统性的引导。本文在分析我国电动汽车、可再生能源规划和电力系统实际状况的前提下，在充分考虑政策稳定性和延续性的基础上，研究了如何通过机制革新将电动汽车的推广与利用融入能源系统低碳转型的进程，而不是简单的推进电动汽车与可再生能源产业各自的规模增长。
如今面临的既有能源系统低碳转型滞后于低碳能源技术推广应用的挑战，需要从单纯扩大电动汽车、可再生能源发电等低碳产业规模为主转换到以调整低碳能源系统供需结构为核心的政策导向，通过从系统性角度建立跨部门融合互通的政策体系来化解供需匹配结构性矛盾。当前，可再生能源发电、电力传输、电动汽车和充放电基础设施分属不同的产业链、由不同的部门主管、追求不同的盈利目标、采用不同的融资渠道、集中在不同的地区和省份，甚至其核心的科学和技术都属于不同的学科门类，推动车网融合存在各自为政的隔阂。如果不能统一进行路径规划和资源调配，车网融合将很难在全国层面实施推广，那将大大降低其对于能源系统、环境气候和低碳经济发展的实际意义。上述管理方面的问题需要未来更为深入的研究和探析。
五、写作、投稿、修改的过程和心得体会
我国的电动汽车保有量和可再生能源发电装机全球第一，电动汽车在可再生能源消纳和能源系统低碳转型过程中将起到重要作用。从2016年起，范英教授团队就将我国电动汽车政策体系建设作为研究方向之一，相继研究了电动汽车既有政策机制、电动汽车消费者偏好、后补贴时代激励政策设计、充电基础设施政策和消费者充电支付意愿等相关主题后，于2020年开始着手电动汽车与能源系统融合发展的政策研究。依托于国家自然科学基金重大项目“绿色低碳发展转型中的关键管理科学问题与政策研究”和创新研究群体项目“绿色导向的社会经济系统管理决策”，以及中国博士后科学基金面上项目“考虑可再生能源消纳的电动汽车充电峰谷电价机制研究”的支持，本文历经多轮修改调整，在吸取了多位同行专家的意见后，最终将研究重点集中于从政策机制转变的角度推动车网融合发展。在投稿后，本研究得到了评审专家和《管理世界》编辑部老师们的指导帮助和宝贵建议，我们在此一并表示最诚挚的谢意！
文章刊发：
马少超、范英：《能源系统低碳转型中的挑战与机遇：车网融合消纳可再生能源》，《管理世界》，2022年第5期，第209~220、239页。
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